(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転子として積層して使用される回転子鉄心部材であって、回転子の極数分、円周方向に、等間隔に弦状に設けられ且つ円周方向を長辺とし且つ径方向を短辺とする矩形で且つ軸方向に貫通する永久磁石埋め込み穴を有し、前記永久磁石埋め込み穴に連接してフラックスバリア穴を形成し、前記永久磁石埋め込み穴の夫々に、磁極面を当該永久磁石埋め込み穴の短辺側として互いに隣接する磁極が異なるように永久磁石を装着して固定する回転子鉄心部材において、前記永久磁石埋め込み穴の長辺の両端部にあって且つ当該永久磁石埋め込み穴に装着される前記永久磁石の磁極面間の長さより所定長だけ短い当該永久磁石埋め込み穴長辺方向内側位置に、弾性復元力で当該永久磁石の磁極面を押圧して当該永久磁石を固定する弾性固定突子を突設すると共に、前記フラックスバリア穴に挿通された長円断面棒状のジグが回転すると当該ジグが当接して前記弾性固定突子をフラックスバリア穴側に傾斜するための傾斜爪を前記弾性固定突子のフラックスバリア穴側に突設したことを特徴とする回転子鉄心部材。
【請求項２】
前記請求項１に記載の回転子鉄心部材の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を装着して固定する方法であって、前記フラックスバリア穴に挿通されたジグを回転させることで前記傾斜用爪にジグをあてがって前記弾性固定突子をフラックスバリア穴側に弾性変形領域内で傾斜し、その状態で永久磁石埋め込み穴に永久磁石を差し込み、次いで前記ジグによる弾性固定突子の傾斜を解除して、当該弾性固定突子の弾性復元力で前記永久磁石の磁極面を押圧して当該永久磁石を固定することを特徴とする永久磁石固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転子として積層して使用される回転子鉄心部材及び当該回転子鉄心部材に永久磁石を装着して固定する永久磁石固定方法に関し、特に埋め込み型永久磁石モータに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
埋め込み型永久磁石モータでは、回転子を構成する積層式の回転子鉄心部材に永久磁石埋め込み穴を形成し、この永久磁石埋め込み穴に永久磁石を装着し、固定する。この永久磁石の固定は埋め込み型永久磁石モータにとって大きな課題である。永久磁石をしっかりと固定しないままモータを運転すると、永久磁石が動き、振動したり騒音を出したり、割れたりする問題が生じる。一方、永久磁石埋め込み穴と永久磁石との間には隙間（公差）が必要で、隙間がなければそもそも磁石の挿入ができない。更に、永久磁石は脆い性質であり、ちょっとした応力集中によってすぐに割れてしまうため、その固定方法には制約がある。接着剤を用いる方法もあるが、熱膨張差に対する追従性の対策（接着層厚さの管理など）や、化学的不安定性に対する対策などが必要となる。
【０００３】
下記特許文献１では、永久磁石を長方形の永久磁石埋め込み穴に挿入した後、当該永久磁石埋め込み穴の長辺の両端部に突設した突子を折り曲げて塑性変形し、その折り曲げた突子で永久磁石の両磁極面を挟持するようにして固定する。つまり、この特許文献１に記載される永久磁石装着固定方法は、永久磁石の挿入時には隙間を設けておき、永久磁石の装入後に隙間を小さくして永久磁石を固定するものであり、接着剤に関する対策も不要としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５８１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１では、折り曲げた突子を永久磁石の磁極面に押し付けるようにして塑性変形させても、弾性変形分の戻り、所謂スプリングバックがあるため、突子と永久磁石の磁極面との間には隙間が残存する。この隙間は減らすことはできても、なくすことは原理的にできない。そのため、突子によって永久磁石を固定する力はゼロであり、外力が加わると永久磁石が変位してしまう。また、熱膨張時には突子と永久磁石との間の隙間が拡大し、永久磁石はより動きやすくなってしまう。
本発明はこれらの諸問題を解決すべくなされたものであり、予め設定された保持力で永久磁石を固定することができる回転子鉄心部材及び永久磁石固定方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、本発明の回転子鉄心部材は、モータの回転子として積層して使用される回転子鉄心部材であって、回転子の極数分、円周方向に、等間隔に弦状に設けられ且つ円周方向を長辺とし且つ径方向を短辺とする矩形で且つ軸方向に貫通する永久磁石埋め込み穴を有し、前記永久磁石埋め込み穴の夫々に、磁極面を当該永久磁石埋め込み穴の短辺側として互いに隣接する磁極が異なるように永久磁石を装着して固定する回転子鉄心部材において、前記永久磁石埋め込み穴の長辺の両端部にあって且つ当該永久磁石埋め込み穴に装着される前記永久磁石の磁極面間の長さより所定長だけ短い当該永久磁石埋め込み穴長辺方向内側位置に、弾性復元力で当該永久磁石の磁極面を押圧して当該永久磁石を固定する弾性固定突子を突設したことを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記永久磁石埋め込み穴に連接してフラックスバリア穴を形成する場合、前記弾性固定突子のフラックスバリア穴側に当該弾性固定突子を傾斜するための傾斜用爪を突設したことを特徴とするものである。
また、本発明の永久磁石固定方法は、前記回転子鉄心部材の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を装着して固定する方法であって、前記傾斜用爪にジグをあてがって前記弾性固定突子をフラックスバリア穴側に弾性変形領域内で傾斜し、その状態で永久磁石埋め込み穴に永久磁石を差し込み、次いで前記ジグによる弾性固定突子の傾斜を解除して、当該弾性固定突子の弾性復元力で前記永久磁石の磁極面を押圧して当該永久磁石を固定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
而して、本発明の回転子鉄心部材によれば、永久磁石埋め込み穴の長辺の両端部にあって且つ当該永久磁石埋め込み穴に装着される永久磁石の磁極面間の長さより所定長だけ短い当該永久磁石埋め込み穴長辺方向内側位置に弾性固定突子を突設し、この弾性固定突子の弾性復元力で永久磁石の磁極面を押圧して当該永久磁石を固定する構成としたため、予め設定された保持力で永久磁石を固定することができる。
【０００９】
また、永久磁石埋め込み穴に連接してフラックスバリア穴を形成する場合、弾性固定突子のフラックスバリア穴側に当該弾性固定突子を傾斜するための傾斜用爪を突設したことにより、例えばジグを傾斜用爪にあてがって弾性固定突子をフラックスバリア穴側に弾性変形領域内で傾斜し、その状態で永久磁石埋め込み穴に永久磁石を差し込み、次いでジグによる弾性固定突子の傾斜を解除すれば、当該弾性固定突子の弾性復元力で永久磁石の磁極面を押圧して固定することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の永久磁石固定方法によれば、回転子鉄心部材の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を装着して固定するにあたり、傾斜用爪にジグをあてがって弾性固定突子をフラックスバリア穴側に弾性変形領域内で傾斜し、その状態で永久磁石埋め込み穴に永久磁石を差し込み、次いでジグによる弾性固定突子の傾斜を解除して、当該弾性固定突子の弾性復元力で永久磁石の磁極面を押圧して当該永久磁石を固定することにより、予め設定された保持力で永久磁石を容易に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の回転子鉄心部材を用いた埋め込み型永久磁石モータの一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の埋め込み型永久磁石モータの横断面図である。
【図３】図２の回転子の詳細を示す正面図である。
【図４】図２の回転子を構成する組立前の回転子鉄心部材の正面図である。
【図５】図４の回転子鉄心部材の積層状態を示す斜視図である。
【図６】図４の回転子鉄心部材に永久磁石を装着して固定する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１、図２は、本発明の回転子鉄心部材を用い、本発明の永久磁石固定方法によって組立られた埋め込み型永久磁石モータの一実施形態を示すものである。この埋め込み型永久磁石モータは、外側構造体４に固定される固定子１と、固定子１の内側に配設される永久磁石埋め込み型の回転子２と、回転子２を支持し、外側構造体４に挿通される回転軸３と、外側構造体４に対して回転軸３を回転自在に支持するための軸受部材５とを備えて構成される。
【００１３】
固定子１は、積層された固定子鉄心部材６に三相巻線７が施され、リード線８によって電源ユニットに接続されるように構成されている。固定子鉄心部材６は、珪素鋼板を所定の形状、例えば内周面に３６個のスロット開口部９を備えた形状に打ち抜き加工されたものである。固定子鉄心部材６のスロット開口部９の個数と極性は、特性を考慮して適宜設定すべきである。
【００１４】
回転子２は、積層された回転子鉄心部材１０と、その積層された回転子鉄心部材１０に形成されている永久磁石埋め込み穴１１に装着固定された極数分の永久磁石１２とを備えて構成される。回転子鉄心部材１０は、珪素鋼板を所定の形状に打ち抜き加工して構成されている。また、永久磁石１２はネオジウム系希土類磁石やフェライト磁石で構成することができる。なお、図２の符号１３は、前記永久磁石埋め込み穴１１に連接して開設されたフラックスバリア穴である。このフラックスバリア穴１３は、埋め込み型永久磁石モータの回転子内部での磁束の回り込みを防いで、ギャップを通して固定子と鎖交する磁束を増やすためのものであり、回転子回転方向の磁気抵抗差を形成するものである。
【００１５】
図３は、図２の回転子２の詳細を示す正面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＡ部詳細図である。図では、永久磁石１２が４個用いられているので、回転子２の極数は４極である。永久磁石埋め込み穴１１は、回転子２の極数分、この場合は４つ、円周方向に、等間隔に、円形の回転子鉄心部材１０に対して弦状に設けられている。また、個々の永久磁石埋め込み穴１１は、円周方向を長辺とし且つ径方向を短辺とする矩形である。そして、積層される全ての回転子鉄心部材１０の永久磁石埋め込み穴１１が軸方向に貫通形成されている。この４つの永久磁石埋め込み穴１１の夫々に永久磁石１２を装着固定するのであるが、その際、永久磁石１２の磁極面１４を永久磁石埋め込み穴１１の短辺側とし、且つ互いに隣接する磁極が異なるようにして装着固定する。なお、本実施形態では、永久磁石埋め込み穴１１の短辺側にフラックスバリア穴１３が連設されているので、当該永久磁石埋め込み穴１１の短辺は、例えば図３ｂの永久磁石１２の磁極面１４の位置に仮想的に存在するものとみなす。また、前記永久磁石埋め込み穴１１の長辺方向のうち、当該永久磁石埋め込み穴１１の長辺の中央に近い側を内側、当該中央から遠ざかる側を外側と定義する。
【００１６】
図４は、回転子鉄心部材１０の単体状態を示す正面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は（ａ）のＢ部詳細図である。図に二点鎖線で示すのは永久磁石埋め込み穴１１に装着される永久磁石１２を仮想して描いたものであり、前述したように、矩形の永久磁石埋め込み穴１１の短辺は、永久磁石１２の磁極面１４の位置に仮想的に存在している。本実施形態では、この永久磁石埋め込み穴１１の長辺の両端部、つまり短辺の近傍にあって、永久磁石１２の磁極面１４間の長さ、例えば図４では左右方向の幅より所定長、例えば片側１ｍｍだけ短い永久磁石埋め込み穴長辺方向内側位置に、回転子鉄心部材１０の径方向内側から外側に向けて、弾性固定突子１５を突設している。更に、この弾性固定突子１５のフラックスバリア穴１３側面の中央部には傾斜爪１６を突設している。これら弾性固定突子１５及び傾斜爪１６は、何れも回転子鉄心部材１０の打ち抜き加工時に当該回転子鉄心部材１０と一体に形成されたものである。
【００１７】
前記弾性固定突子１５は、前記永久磁石埋め込み穴１１の長辺方向に短く、当該永久磁石埋め込み穴１１の短辺方向に長い長方形であり、その永久磁石埋め込み穴長辺方向内側の根元部には切欠き１７が形成されており、特に弾性固定突子１５のフラックスバリア穴１３側への傾斜を容易にしている。また、弾性固定突子１５と傾斜爪１６の連結部分には隅Ｒが設けられており、後述するジグによる傾斜爪１６の押圧時の応力集中を緩和するようにしてある。なお、図中の符号３ａは、前記回転軸３を挿通するために回転子鉄心部材１０に開設された円穴である。
【００１８】
図５は、前記珪素鋼板を打ち抜き加工して形成された回転子鉄心部材１０を厚さ方向に積層し、積層方向に貫通する永久磁石埋め込み穴１１内に永久磁石１２を装着、固定した状態を示しているが、前述したように永久磁石埋め込み穴１１の長手方向両端部には、永久磁石１２の磁極面１４間の長さより所定長だけ短い、永久磁石埋め込み穴長手方向内側位置に弾性固定突子１５が突設されているから、前述のように永久磁石１２が脆性であることも合わせて、そのままでは永久磁石埋め込み穴１１内に永久磁石１２を差し込むことができない。そこで、永久磁石１２を差し込む前に、図５に示すように、回転子鉄心部材１０の積層方向に貫通しているフラックスバリア穴１３内に断面が長円状の棒材からなるジグ１８を挿通する。
【００１９】
図６ａは、永久磁石１２を永久磁石埋め込み穴１１に装着、固定する前の積層された回転子鉄心部材１０のフラックスバリア穴１３内に長円断面の棒材からなるジグ１８を挿通した状態を示している。この状態から、例えば長円断面の棒材からなるジグ１８を図の時計回り方向に捻るように回転すると、当該ジグ１８が傾斜爪１６に当接し、更にジグ１８を回転すると、図６ｂに示すように、傾斜爪１６が図の下方に押し下げられ、それに伴って弾性固定突子１５がフラックスバリア穴１３側に傾斜する。このとき弾性固定突子１５の永久磁石埋め込み穴長辺方向内側の根元に形成された切欠き１７が、当該弾性固定突子１５のフラックスバリア穴１３側、つまり永久磁石埋め込み穴長辺方向外側への傾斜を容易にする。
【００２０】
このように弾性固定突子１５がフラックスバリア穴１３側に傾斜すると、永久磁石埋め込み穴１１に永久磁石１２の磁極面１４間の長さが確保されるので、その状態で図６ｂに二点鎖線で示すように永久磁石１２を永久磁石埋め込み穴１１内に差し込む。このように永久磁石埋め込み穴１１内に永久磁石１２を差し込み終えたら、図６ｃに示すように、例えば長円断面棒材からなるジグ１８を反時計回りに回転し、弾性固定突子１５のフラックスバリア穴１３側への傾斜を解除すると、当該弾性固定突子１５が弾性復元して永久磁石１２の磁極面１４に当接する。なお、図では、永久磁石埋め込み穴１１の長辺方向の一方の端部でのみ弾性固定突子１５をフラックスバリア穴１３側に傾斜させていないが、実際には永久磁石埋め込み穴１１の長辺方向の両方の端部で弾性固定突子１５をフラックスバリア穴１３側に傾斜する必要がある。
【００２１】
前記弾性固定突子１５は、永久磁石埋め込み穴１１の長辺の両端部、つまり短辺の近傍にあって、永久磁石１２の磁極面１４間の長さより所定長だけ短い永久磁石埋め込み穴長辺方向内側位置に突設されているので、弾性固定突子１５が永久磁石１２に当接している部分では、前記所定長相当の弾性変形、還元すれば弾性復元力が残存する。つまり、永久磁石１２は、両磁極面１４を弾性固定突子１５の弾性復元力で挟持されていることになり、この永久磁石１２を挟持する弾性復元力が永久磁石１２を固定する力となる。
【００２２】
この弾性復元力は、勿論、公差分の変動はあるものの、前記永久磁石１２の磁極面１４間の長さより短い所定長に応じてほぼ決まっており、従って永久磁石１２を固定する力も一定で、安定している。前記特許文献１に記載される永久磁石固定方法では、永久磁石を挟持する力がほぼゼロであることに加えて、突子を折り曲げる工程での折り曲げ量とか折り曲げ強さといったものに応じて永久磁石を保持する力が変化してしまう。これに対し、本実施形態の永久磁石固定方法では、永久磁石１２を保持する力が一定で、安定しているという利点がある。
【００２３】
しかも、本実施形態では、弾性固定突子１５を、永久磁石埋め込み穴１１の回転子鉄心部材径方向内側から外側に向けて突設しているため、当該弾性固定突子１５が前述のように弾性復元して永久磁石１２に当接するのは、磁極面１４の全体ではなく、磁極面１４の回転子鉄心部材径方向内側隅部に当接するため、永久磁石１２を永久磁石埋め込み穴１１の回転子鉄心部材径方向外側面に押し付けることができ、永久磁石１２の固定位置を規定して安定させることができ、これにより回転子２自体の回転バランスを安定させることができる。
【００２４】
このように本実施形態の回転子鉄心部材１０では、永久磁石埋め込み穴１１の長辺の両端部にあって且つ当該永久磁石埋め込み穴１１に装着される永久磁石１２の磁極面１４間の長さより所定長だけ短い当該永久磁石埋め込み穴長辺方向内側位置に弾性固定突子１５を突設し、この弾性固定突子１５の弾性復元力で永久磁石１２の磁極面１４を押圧して当該永久磁石１２を固定することとしたため、予め設定された保持力で永久磁石１２を固定することができる。
【００２５】
また、永久磁石埋め込み穴１１に連接してフラックスバリア穴１３を形成する場合、弾性固定突子１５のフラックスバリア穴１３側に当該弾性固定突子１５を傾斜するための傾斜用爪１６を突設したことにより、ジグ１８を傾斜用爪１６にあてがって弾性固定突子１５をフラックスバリア穴１３側に弾性変形領域内で傾斜し、その状態で永久磁石埋め込み穴１１に永久磁石１２を差し込み、次いでジグ１８による弾性固定突子１５の傾斜を解除すれば、当該弾性固定突子１５の弾性復元力で永久磁石１２の磁極面１４を押圧して固定することが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態の永久磁石固定方法では、回転子鉄心部材１０の永久磁石埋め込み穴１１に永久磁石１２を装着して固定するにあたり、傾斜用爪１６にジグ１８をあてがって弾性固定突子１５をフラックスバリア穴１３側に弾性変形領域内で傾斜し、その状態で永久磁石埋め込み穴１１に永久磁石１２を差し込み、次いでジグ１８による弾性固定突子１５の傾斜を解除して、当該弾性固定突子１５の弾性復元力で永久磁石１２の磁極面１４を押圧して当該永久磁石１２を固定することにより、予め設定された保持力で永久磁石１２を容易に固定することができる。
なお、前記実施形態では、埋め込み型永久磁石モータの例として、４極の一文字型永久磁石モータを挙げたが、本発明の適用可能な埋め込み型永久磁石モータは、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２７】
１は固定子、２は回転子、３は回転軸、４は外側構造体、５は軸受部材、６は固定子鉄心部材、７は三相巻線、８はリード線、９はスロット開口部、１０は回転子鉄心部材、１１は永久磁石埋め込み穴、１２は永久磁石、１３はフラックスバリア穴、１４は磁極面、１５は弾性固定突子、１６は傾斜爪、１７は切欠き、１８はジグ
【図１】
0005556400.tif 000002
【図２】
0005556400.tif 000003
【図３】
0005556400.tif 000004
【図４】
0005556400.tif 000005
【図５】
0005556400.tif 000006
【図６】
0005556400.tif 000007